Aplikasi Biomedis untuk Nanocluster Emas:Perkembangan Terkini dan Perspektif Masa Depan
Abstrak
Nanocluster emas (AuNCs) telah diterapkan secara luas sebagai probe fluoresen untuk aplikasi biomedis dalam pencitraan, deteksi, dan terapi karena sifat kimia dan fisiknya yang unik. Probe fluoresen AuNCs telah menunjukkan kompatibilitas tinggi, fotostabilitas superior, dan kelarutan air yang sangat baik yang menghasilkan aplikasi biomedis yang luar biasa untuk pencitraan jangka panjang, deteksi sensitivitas tinggi, dan perawatan spesifik target. Baru-baru ini, upaya besar telah dilakukan dalam pengembangan AuNCs sebagai probe fluoresen untuk berbagai aplikasi biomedis. Dalam ulasan ini, kami telah mengumpulkan AuNC fluoresen yang disiapkan oleh ligan yang berbeda, termasuk molekul kecil, polimer, dan biomakromolekul, dan menyoroti pencapaian AuNC saat ini dalam aplikasi biomedis untuk pencitraan, deteksi, dan terapi. Menurut kemajuan ini, kami selanjutnya memberikan kesimpulan tentang tantangan saat ini dan perspektif AuNC di masa depan untuk penyelidikan mendasar dan aplikasi biomedis praktis.
Latar Belakang
Aplikasi biomedis baru-baru ini telah mengungkapkan peran penting nanomaterial dalam perkembangan nanosains dan nanoteknologi [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]. Dibandingkan dengan bahan curah, bahan nano telah menunjukkan sifat fisik dan kimia yang unik, membuat mereka menjanjikan blok bangunan [11,12,13,14,15,16,17,18]. Di antara bahan nano yang berbeda, jenis bahan nano emas tertentu, nanocluster emas (AuNCs), dengan ukuran hingga ratusan atom emas telah diselidiki secara ekstensif dalam aplikasi biomedis karena strukturnya yang terdefinisi dengan baik, modifikasi permukaan yang mudah, dan sifat optik yang sangat stabil. [19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34]. Tanpa resonansi plasmon permukaan yang berbeda, AuNCs telah menunjukkan fluoresensi di wilayah yang luas dari terlihat hingga dekat-inframerah dengan masa pakai yang lama dan pergeseran Stokes yang besar [35,36,37]. Upaya besar telah dilakukan untuk penggunaan AuNCs sebagai probe fluoresen dalam aplikasi biomedis untuk bidang pencitraan, deteksi, dan terapi [38,39,40]. Dibandingkan dengan fluorofor organik dan titik-titik kuantum, AuNC fluoresen telah menunjukkan kompatibilitas tinggi, fotostabilitas superior, dan kelarutan air yang sangat baik untuk pencitraan jangka panjang, deteksi sensitivitas tinggi, dan pengobatan target-spesifik [41,42,43,44,45, 46,47,48,49]. Perkembangan intensif AuNCs sebagai probe fluoresen telah membawa dampak signifikan dalam aplikasi pencitraan, deteksi, dan terapi.
Perkembangan ekstensif AuNCs dalam aplikasi biomedis telah dicapai dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa makalah ulasan AuNCs yang luar biasa dengan sudut pandang dalam aplikasi analitis telah difokuskan pada analisis obat-obatan, kontaminan lingkungan, dan sampel biologis [50,51,52,53]. Dalam ulasan ini, kami menekankan pada kemajuan terbaru untuk penggunaan AuNC yang terkonjugasi dengan tiga jenis ligan termasuk molekul kecil, polimer, dan biomakromolekul dalam aplikasi untuk pencitraan, deteksi, dan terapi. Tantangan yang relevan dan perspektif masa depan AuNCs untuk penelitian fundamental dan aplikasi biomedis juga disediakan di “Kesimpulan.”
AuNC Terkonjugasi Molekul Kecil
Molekul kecil telah banyak digunakan sebagai ligan untuk mempersiapkan AuNCs. Dengan konjugasi molekul kecil di permukaan, AuNCs telah menunjukkan fungsi yang berbeda untuk pencitraan dan deteksi. Misalnya, d-penicillamine terkonjugasi dengan nanocluster emas (DPA-AuNCs) memiliki karakteristik yang cukup bagus seperti ukuran kecil, stabilitas koloid tinggi, dan kecerahan yang memberikan mereka perspektif yang luas sebagai probe fluoresen dan dengan demikian dapat digunakan untuk pencitraan biologis. Sel kanker manusia (HeLa) dicitrakan dengan internalisasi DPA-AuNCs. Kemudian, setelah 2 jam inkubasi sel kanker dengan DPA-AuNCs, mikroskop confocal digunakan untuk pencitraan sel dengan teknik eksitasi dua foton [54]. Pewarna membran DiD digunakan sebagai referensi, dan intensitas emisi dari pewarna DPA-AuNCs dan DiD dikumpulkan masing-masing dalam warna hijau dan merah. Pendaran terang yang dipancarkan oleh sel HeLa karena menelan nanopartikel ditunjukkan pada Gambar 1a. Selain itu, untuk pembangunan kembali 3D, gambar yang berbeda pada berbagai posisi z diambil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1b [55].
a Gambar sel HeLa setelah inkubasi dengan DPA-AuNCs selama 2 jam dengan mikroskop confocal. b Gambar 3D menampilkan DPA-AuNC yang diinternalisasi dalam tampilan penampang [55]. Warna DPA-AuNCs dan pewarna membran DiD masing-masing digambarkan dalam warna hijau dan merah
Asam dihydrolipoic (DHLA) -AuNCs diinternalisasi dalam sel HeLa untuk menyelidiki aplikasi pencitraan seumur hidup fluoresensi (FLIM) untuk pertama kalinya. Sel Hela tanpa DHLA-AuNCs menunjukkan fluoresensi otomatis dengan masa pakai antara 1,5 hingga 4 ns. Gambar intensitas dan masa hidup sel Hela ditunjukkan pada Gambar. 2a, b. Namun setelah memaparkan sel Hela ke DHLA-AuNCs selama 1 jam, sel tersebut ditandai dengan pancaran luminescent yang menunjukkan masa pakai fluoresensi yang panjang 500 hingga 800 ns. Intensitas dan gambar FLIM sel Hela dengan DHLA-AuNCs ditunjukkan pada Gambar. 2c, d [56].
Intensitas (a , c ) dan FLIM (b , d ) gambar sel Hela saja (a , b ) dan sel Hela diinkubasi dengan DHLA-AuNCs selama 1 jam (c , d ). Semua bilah skala berukuran 10 μm [56]
Wang dkk. menemukan bahwa ketika garis sel kanker seperti HepG2 (garis sel hepatokarsinoma manusia), K562 (garis sel leukemia) diinkubasi dengan larutan asam kloroaurat (spesies Au(III) molekul biokompatibel) dalam konsentrasi mikromolar, dan AuNC secara spontan dibiosintesis oleh sel ini. garis [57]. Namun fenomena tersebut tidak terjadi pada lini sel non-kanker, L02 (sel hati embrio manusia) yang digunakan sebagai kontrol. Akibatnya, metode yang disebutkan di atas dapat ditaklukkan sebagai metode baru untuk pencitraan bio-diri in vivo tumor. Nanocluster emas lain yang distabilkan tripsin (try-AuNCs) yang memiliki fluoresensi inframerah-dekat disintesis oleh Liu et al. untuk tujuan ganda; salah satu penerapannya mencakup biosensing heparin yang dibangun di atas transfer energi yang ditingkatkan dengan plasmon permukaan (SPEET) dan yang lainnya termasuk uji coba yang dimodifikasi asam folat (FA) untuk pencitraan fluoresensi kanker in vivo (Gbr. 3). Modus SPEET dan pencitraan kanker in vivo dengan kemampuan penargetan tinggi yang dimiliki oleh try-AuNCs menunjukkan potensi besar sebagai biomaterial multifungsi untuk biomolekul biosensing [58].
Near-infrared fluorescent try-AuNCs sebagai biosensor transfer energi yang ditingkatkan dengan plasmon permukaan dan bioprobe pencitraan kanker in vivo [58]
Ligan yang mengandung o-kuinon diketahui membentuk kompleks dengan besi (Fe
3+
) ion [59, 60]. Jadi AuNCs yang mengandung dopaquinone sebagai ligan dikembangkan dan dievaluasi oleh Ho et al. untuk merasakan Fe
3+
berdasarkan mekanisme pembentukan kompleks antara Fe
3+
ion dan o-kuinon bagian dari dopakuinon dalam larutan. Ditemukan dari penelitian bahwa kompleks besar terbentuk dengan dimensi lebih dari 500 nm melalui agregasi AuNC dengan adanya Fe
3+
ion. Dengan demikian, AuNCs dapat digunakan untuk mendeteksi Fe
3+
ion dalam air dan cairan lainnya [61].
Gugus fungsi asam dilaporkan membentuk kompleks yang stabil dengan ion logam dan biotiol; demikian pula, nanocluster emas terkonjugasi asam 11-mercaptoundecanoic (MUA-AuNCs) dianggap merasakan Hg
2+
ion dalam larutan dan bithiol yang dapat dianggap sebagai salah satu penerapan penginderaan AuNCs [62, 63]. Intensitas fluoresensi MUA-AuNCs dalam kompleks dengan Hg
2+
ion ditunjukkan pada Gambar. 4 [64]. Selanjutnya, kompleks Hg
2+
-tiol dilaporkan lebih stabil daripada Hg
2+
-COOH kompleks [65]. Oleh karena itu, kompleks MUA-AuNCs digunakan untuk mendeteksi bithiol yang selanjutnya dapat dianggap sebagai aplikasi lain dalam penginderaan ion logam dalam berbagai larutan [64].
a Intensitas fluoresensi MUA-AuNCs tanpa adanya 170 μM Hg
2+
. b Aglomerasi Hg
2+
dengan gugus COOH MUA-AuNCs dengan adanya 170 μM Hg
2+
. c Intensitas fluoresensi setelah 10 mM sistein ditambahkan ke sampel di B [64]
Nanocluster emas yang distabilkan vankomisin (Van-AuNCs) dirancang dan disintesis oleh Yu et al. untuk mendeteksi Fe
3+
pada air ledeng, air danau, air sungai, dan air laut sebagai salah satu penerapannya dalam analisis sampel lingkungan [66]. Nanocluster emas yang difungsikan dengan kitosan (AuNCs@Chi) diproduksi dan dikembangkan untuk digunakan sebagai bahan pendeteksi hidrogen sulfida (H2 S) menggunakan mekanisme transfer energi resonansi Förster (FRET) [67]. Alasan peneliti mendeteksi H2 S adalah bahwa hidrogen sulfida terlibat dalam banyak proses biologis yang meliputi vasodilatasi [68, 69], anti-inflamasi [70, 71], dan neurotransmisi [72].
Liu dkk. meletakkan dasar untuk sintesis glutathione (GSH)-stabilized gold nanoclusters (GSH-AuNCs) yang memiliki selektivitas tinggi, respon cepat, dan fotostabilitas yang sangat baik yang digunakan untuk mendeteksi dan mendeteksi lisin dan sistein (asam amino) [73] . Belakangan ini, rakitan FRET (Forster resonance energy transfer) telah dikembangkan oleh Yu et al. menggunakan nanocluster emas yang dibatasi oleh glutathione (AuNCs@GSH). Perakitan ditemukan sangat selektif untuk asam amino sistein yang dapat digunakan di masa depan untuk mendiagnosis penyakit terkait sistein [74]. AuNC berpola protein kaya sistein dibuat menggunakan ion perak(I). Keratin adalah protein struktural kaya sistein yang ditemukan berlimpah di rambut, wol, bulu, dll. Oleh karena itu, AuNCs berbasis keratin-keratin berbasis ion perak disintesis dan dievaluasi untuk aplikasi penginderaan ion merkuri (Hg
2+
) [75]. Berdasarkan dual-emission carbon dots-gold nanoclusters (C-AuNCs) yang difungsikan dengan dithiothreitol (DTT), sensor fluoresensi rasiometrik untuk deteksi sensitif ion merkuri (Hg
2+)
dalam sampel air baru-baru ini telah dilaporkan [76]. Dua aplikasi AuNC yang dilaporkan di atas dapat bertindak sangat penting untuk memantau kualitas air. AuNC dengan tutupan siklodekstrin telah dilaporkan untuk mendeteksi ion kobalt (Co
2+
) dan menampilkan Co
2+
. selektif dan sensitif berbasis fluoresensi penginderaan ion. Internalisasi seluler AuNCs juga diamati selama penginderaan Co
2+
ion [77].
Baru-baru ini, AuNCs ultrasmall yang terkonjugasi dengan ligan permukaan biokompatibel GSH telah disintesis sebagai radiosensitizer yang dapat dimetabolisme dan efisien untuk radioterapi kanker [78]. Nanokonstruk ultra kecil dari GSH-AuNCs telah mengungkapkan sifat menarik termasuk peningkatan radioterapi yang kuat dari inti Au dan biokompatibilitas yang baik dari lapisan permukaan GSH. Selain itu, GSH-AuNCs telah secara istimewa terakumulasi dalam tumor melalui peningkatan permeabilitas dan efek retensi yang ditingkatkan yang mengarah pada peningkatan yang kuat untuk radioterapi kanker daripada nanopartikel emas yang jauh lebih besar. Radioterapi yang ditingkatkan dapat dikaitkan dengan fakta bahwa kerusakan DNA yang disebabkan oleh efek fotolistrik dan hamburan Compton dari Au25 nanocluster. Penurunan volume dan berat tumor U14 yang luar biasa telah dicapai dengan menggunakan GSH-AuNCs sebagai radiosensitizer. Selanjutnya, setelah perawatan, GSH-AuNCs dapat dibersihkan secara efisien oleh ginjal, meminimalkan potensi efek samping karena akumulasi Au25 nanocluster dalam model hewan.
AuNC Terkonjugasi Polimer
Polimer juga muncul sebagai ligan penting untuk persiapan AuNCs dalam aplikasi biomedis. Misalnya, AuNC dibuat dengan menutup dengan ligan poli(asam metakrilat) (PTMP-PMAA) multidentat yang diakhiri dengan tioeter yang ditemukan sebagai kandidat yang sangat fotostabil dan digunakan untuk memberi label normal (sel mononuklear darah tali pusat; CBMC) dan sel hematopoietik (Sel kanker K562) (Gbr. 5) [79]. Terungkap dari hasil bahwa sel kanker menelan molekul-molekul ini ke tingkat yang jauh lebih besar daripada sel normal [80]. Telah dilaporkan [81] bahwa nanopartikel emas mudah ditembus ke sel yang lebih matang seperti granulosit dan limfosit yang merupakan bagian dari sistem hematopoietik. Demikian pula, AuNC juga dapat diterapkan dalam pelabelan selektif, pencitraan, dan pengiriman obat target dalam sistem hematopoietik dan kanker terkait seperti leukemia myeloid kronis.
Pelabelan sel normal dan sel kanker dengan AuNCs dan quantum dots (QDs) [79]
Aldeek dkk. merancang nanokluster emas polietilen glikol dan zwitterion yang berfungsi fluoresen dengan menggunakan ligan bidentat yang terbuat dari gugus penahan asam lipoat yang digabungkan dengan rantai pendek poli(etilena glikol) atau gugus zwitterion [82]. Untuk menentukan peran nanocluster ini dalam biologi, berbagai tes dilakukan seperti stabilitas yang bergantung pada pH dan stabilitas dengan adanya garam berlebih. Hipotesis yang diberikan oleh penulis mengungkapkan bahwa tes ini relevan dengan penggunaan AuNCs ini sebagai platform fluoresen untuk pencitraan dan penginderaan dalam biologi. Lebih lanjut dijelaskan dalam laporan bahwa berbagai kelainan biologis terkait dengan pH dan dengan demikian dapat memberikan indikasi untuk perkembangan beberapa penyakit seperti metastasis kanker, kelelahan kronis, dan depresi [83, 84]. Cluster ini juga dianggap mengatur perilaku fisik protein dan asam nukleat [85,86,87]. Salah satu manfaat tambahan dari cluster ini adalah penggunaannya dalam pencitraan in vivo (jaringan dalam). Chen dkk. mengembangkan sistem polimer amphiphilic bergantung pH yang mengandung AuNCs bercahaya yang ditemukan fotostabil dan biokompatibel dalam bentuk nanokomposit untuk kegiatan diagnostik yang mencakup deteksi dan terapi folat over-expressing sel kanker [88]. AuNC luminescent ditahan dengan kopolimer amfifilik (poli (DBAM-co-NASco-HEMA) (PDNH)) untuk membentuk nanokomposit L-nAuNCs/FA-modified PDNH (atau L-AuNCs/FA-PDNH). Selanjutnya, paclitaxel obat hidrofobik dirakit dengan L-AuNCs/FA-PDNH dan dengan demikian dapat digunakan untuk pencitraan dan pengobatan kanker (Gbr. 6).
Pembuatan nanokomposit L-AuNCs/FA-PDNH untuk pencitraan dan terapi [88]
Polikation-difungsikan polietilenimin emas nanocluster (PEI-AuNCs) yang larut dalam air dirancang dan disintesis untuk aplikasi terapi gen yang tepat dan aman bersama dengan pencitraan sel [89]. Karena sifat optik PEI-AuNCs yang memikat, kluster ini dilaporkan sebagai kandidat yang menjanjikan untuk bioimaging, yang dikonfirmasi dengan menginkubasi garis sel kanker (HepG2) dengan PEI-AuNCs dan menunjukkan fotoluminesensi yang luar biasa dan sel-sel memberikan fluoresensi merah intens yang kuat. Nanocluster emas dilindungi oleh ovalbumin (probe fluoresen) yang dihubungkan dengan asam folat (ligan penargetan) (FA-Ova-AuNCs) dan homopolimer N -acryloxysuccinimide sebagai penghubung sedang dikembangkan oleh Qiao et al. dan digunakan untuk mendeteksi kanker melalui pencitraan sel kanker (Gbr. 7). Karena reseptor asam folat diekspresikan secara berlebihan dalam sel HeLa, diperkirakan bahwa sel Hela akan menelan FA-Ova-AuNCs. Dalam karya ini, pewarnaan spesifik sel HeLa oleh FA-Ova-AuNCs telah ditunjukkan [90].
Skema pembentukan FA-Ova-AuNCs untuk pencitraan sel kanker [90]
Untuk aplikasi dalam pendeteksian, gugus molekul emas(I) berpendar tinggi dalam film polimer berpori telah dirancang dan disintesis untuk mendeteksi sianida melalui teknik pendeteksian kolorimetri. Nanocluster emas dapat digunakan untuk mendeteksi ion sianida dalam anggur merah, kopi, jus, dan tanah. Karena sianida sangat beracun dan berbahaya serta dapat menyebabkan kematian [91], ada kebutuhan untuk menemukan sensor yang sangat selektif, sensitif, dan hemat biaya yang dapat membantu menentukan kadar sianida di lingkungan, air, dan makanan [92] . Jadi, nanocluster emas ini dapat bertindak sebagai berkah yang dapat membantu menyelamatkan sejumlah nyawa [93].
Biomacromolecule-Conjugated AuNCs
Biomakromolekul dengan gugus tiol juga telah diterapkan sebagai ligan yang umum digunakan untuk menyiapkan AuNC dalam aplikasi biomedis yang berbeda. Baru-baru ini, nanokomposit emas (Tf-AuNCs) / graphene oxide (GO) nanokomposit (Tf-AuNCs / GO) yang difungsikan dengan transferrin (Tf) diproduksi sebagai probe fluoresen dekat-inframerah (NIR) turn-on yang dapat digunakan untuk bioimaging. sel kanker dan hewan kecil [94]. Kemampuan probe fluorescent NIR untuk pencitraan reseptor Tf (TfR) pada sel kanker dievaluasi menggunakan dua garis sel kanker yang berbeda, yaitu Hela (tingkat ekspresi tinggi TfR) dan HepG-2 (tingkat ekspresi rendah) dan satu garis sel tikus normal. (3T3) dengan tingkat TfR yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 8. Probe fluoresen jelas dicerna hanya oleh sel Hela, dan fluoresensi yang terlihat diamati setelah 4 jam inkubasi.
Pembuatan konjugasi Tf-AuNCs/GO sebagai probe fluoresen NIR turn-on untuk bioimaging dalam sel kanker dengan ekspresi berlebih TfR [94]
Sahoo dkk. telah mengembangkan sintesis hijau satu langkah cepat (2 menit) dari AuNC yang sangat bercahaya pada DNA, menggunakan siklus pemanasan dan pendinginan tunggal seperti pada reaksi berantai polimerase (PCR). Intensitas luminescence nanocluster ditemukan meningkat dengan jumlah DNA, menawarkan cara mudah untuk mengukur DNA (Gbr. 9). Sebagai probe fluoresen yang kuat untuk kuantifikasi DNA, kemampuan AuNCs ditunjukkan dalam dua garis sel kanker yang berbeda termasuk HeLa dan A549 [95]. Pembentukan AuNCs ditemukan dipengaruhi oleh jumlah prekursor (HAuCl4 ) digunakan dalam sintesis. Intensitas emisi luminescence dan hasil kuantum nanocluster dilihat berdasarkan dimensi cluster yang terbentuk pada berbagai jumlah emas. AuNCs disiapkan oleh pasangan basa yang berbeda, yang terdiri dari A, T, G, dan C, dan menghasilkan pendaran yang sama untuk komposisi pasangan basa yang berbeda dan panjang urutan yang sama. Selanjutnya, identifikasi ketergantungan intensitas emisi nanocluster pada jumlah DNA memberikan cara pengujian yang unik. Analisis amplifikasi gen dan ekspresi relatif dapat diperoleh. Selain itu, biokompatibilitas AuNC lebih menekankan penggunaannya sebagai probe dibandingkan dengan sifat sitotoksik tradisional pewarna. Analisis kuantitatif tingkat ekspresi gen pada berbagai lini sel kanker dapat digunakan untuk mendemonstrasikan peralatan yang sederhana, portabel, dan berbiaya rendah sebagai alternatif mesin energi PCR yang rumit, kuat, dan mahal. Lebih lanjut, dengan penggunaan AuNCs luminescent sebagai agen penghasil sinyal, alat ini memungkinkan PCR transkriptase terbalik dan analisis berbasis array dari beberapa gen/protein secara bersamaan menggunakan pemegang yang dapat dialihkan dan perangkat lunak yang dirancang khusus. Perangkat dan pendekatan dikembangkan untuk menilai profil gen yang terkait dengan apoptosis pada sel kanker HeLa dan juga untuk mengukur ekspresi glutathione-S -transferase (GST) protein dan GST-tagged human granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GSThGMCSF) protein rekombinan yang diekstraksi dari bentuk Escherichia coli [96].
Metode sintesis luminescent AuNCs dengan meniru kondisi PCR [95]
Persiapan berkecepatan tinggi dari agen penghasil sinyal yang biokompatibel dari AuNCs dalam DNA dan protein memungkinkan deteksi kualitatif. Selain itu, ia menyediakan metode sintetis AuNCs sebagai probe umum untuk studi DNA dan protein (dalam cairan serta sampel pada membran), analisis amplikon PCR, dan penelitian berbasis membran dalam instrumen tunggal. Instrumen ini mampu memberikan efisiensi amplifikasi PCR 95% dibandingkan dengan mesin yang tersedia secara komersial. Yang terpenting, bahannya semua ramah lingkungan. Mengambil keuntungan, alat dan pendekatan terintegrasi dapat membuat aplikasi baru untuk teknik yang ada dengan penggabungan nanoteknologi dan biologi.
Nguyen dkk. mengembangkan ligan ganda untuk menstabilkan AuNCs dan membuat nanokompleks AuNCs/graphene sebagai probe fluoresen “menghidupkan” untuk mendeteksi kanker matriks metalloproteinase-9 yang berhubungan dengan matriks [97]. Metode satu langkah yang mulus diselidiki untuk aplikasi biomedis AuNCs menggunakan peptida dan asam mercapto undecanoic sebagai ligan co-templating. Peptida dengan situs pembelahan metalloproteinase-9 berfungsi sebagai penstabil dan juga sebagai ligan penargetan untuk penginderaan enzim. Dengan enzim, karena sifat pendinginan yang sangat baik dan latar belakang graphene oxide yang dapat diabaikan, bahan nano AuNCs/graphene menghasilkan respons fluoresen "nyala" yang kuat, yang sangat berkorelasi dengan konsentrasi enzim. Batas deteksi nanomaterial adalah 0,15 nM untuk enzim. Nanomaterial fluoresen berhasil didemonstrasikan untuk mendeteksi metalloproteinase-9 “menghidupkan” yang disekresikan dari sel kanker MCF-7 dengan sensitivitas dan selektivitas tinggi. Selanjutnya, AuNC fluoresen memberikan pengurangan waktu, biaya, dan kompleksitas sensorik yang signifikan dibandingkan dengan penelitian sebelumnya. Platform ini juga menunjukkan potensi besar untuk mendeteksi molekul biologis yang berbeda di berbagai bidang termasuk penelitian lingkungan dan analitik. Demikian pula, Lagu et al. mengembangkan metode bebas label, sensitif, dan sederhana untuk mendeteksi protein kinase berdasarkan agregasi selektif peptida nanoklaster emas terfosforilasi (AuNCs-peptida) yang diinduksi oleh koordinasi ion Zr [98]. AuNC dibuat oleh peptida tanpa zat pereduksi kuat, yang mencegah peptida terganggu. Sebuah studi tentang fluoresensi bebas label, hijau, sensitif, dan sederhana menggunakan peptida AuNC untuk mengukur aktivitas protein kinase CK2 telah dikembangkan. Dibandingkan dengan uji fluoresensi kinase yang baru-baru ini dilakukan, penggunaan peptida AuNC memiliki beberapa keunggulan penting, termasuk proses eksperimen yang bebas label, hijau, dan sederhana.
Selvaprakash dkk. mengembangkan AuNCs menggunakan protein putih telur ayam murah (AuNCs@ew) sebagai probe penginderaan switch-on untuk mendeteksi metabolit yang mengandung fosfat seperti adenosin-50-trifosfat (ATP) dan pirofosfat (PPi) [99]. Pendekatan hemat biaya dan langsung untuk memproduksi probe AuNC fluoresen untuk molekul yang mengandung fosfat seperti ATP dan PPi telah diperoleh. Dengan menambahkan putih telur murah dengan tetrakloroaurat, AuNCs@ew dapat dengan mudah disintesis dengan pemanasan microwave. Dalam karya ini, AuNCs@ew terutama didominasi oleh AuNCs@ovalbumin melalui karakterisasi yang cermat. Karena ovalbumin adalah glikoprotein dan mengandung banyak ligan glisin, kemungkinan penggunaan AuNCs@ew sebagai probe fluoresen untuk ConA, yang berisi situs pengikatan glikan, telah berhasil dibuktikan dalam karya Selvaprakash.
Wu dkk. menggunakan bovine serum albumin (BSA) dan GSH untuk mensintesis nanocluster emas (BSA/GSH-AuNCs) dengan eksitasi dan emisi masing-masing pada 330 nm dan 650 nm [100]. Dalam pendekatan ini, BSA dan GSH masing-masing berfungsi sebagai agen pembatas dan pereduksi. Dengan bantuan GSH, hanya diperlukan 30 μM BSA untuk mensintesis BSA/GSH-AuNCs yang dapat difoto. Dengan penggunaan GSH, penggunaan sejumlah besar protein mahal seperti BSA dan transferin tidak lagi diperlukan untuk pengembangan protein fluoresen/GSH-AuNCs. Strategi ini memberikan pendekatan berbiaya rendah untuk sintesis protein-AuNCs dan juga menyederhanakan pemurnian AuNCs yang sudah ada. Wu dkk. juga menemukan bahwa pendinginan dipicu oleh NO2
−
pada pH 3,0 efisien dan spesifik. Dengan toleransi, sensitivitas, dan selektivitas garam yang tinggi, BSA/GSH-AuNCs memiliki potensi besar untuk pengukuran NO2 yang rumit sampel. Cao dkk. selidiki perubahan fluoresensi yang diinduksi pH dari AuNCs@BSA dan perubahan konformasi yang sesuai dari protein ligan dengan fluoresensi, dikroisme sirkular (CD), dan pengukuran spektral IR. Dalam karya ini, BSA di AuNCs@BSA mengalami perubahan konformasi yang dapat diidentifikasi pada tingkat struktur sekunder dan tersier. Hasil CD dan IR menginterpretasikan perubahan signifikan dari struktur kedua pada keasaman dan basa ekstrim, dimana diperoleh struktur yang lebih tidak teratur [101]. Perbedaan tren perubahan struktural sekunder antara AuNCs@BSA dan BSA asli ditunjukkan. Kondisi alkali yang ekstrim (pH 11,43) menginduksi perubahan dari paparan heliks terkubur. Selain itu, celah fluoresensi triptofan yang besar antara AuNCs@BSA dan BSA asli menyiratkan bahwa inti emas hidup di dekat triptofan di BSA. Studi ini meletakkan dasar untuk memahami konformasi perilaku protein ligan dalam AuNC terkonjugasi.
Ghosh dkk. menyelidiki efek AuNCs pada CD dan aktivitas enzimatik -chymotrypsin (ChT) (terhadap hidrolisis substrat, N -suksinil-l-fenilalanin p-nitroanilid) [102]. Spektrum CD menunjukkan bahwa pada pengikatan ke AuNCs, ChT benar-benar terbuka, menghasilkan hampir nol eliptisitas. AuNC yang dilapisi ChT menunjukkan hampir tidak ada aktivitas enzimatik. GSH tambahan atau GSH teroksidasi mengembalikan aktivitas enzim ChT sebesar 30-45%. Aktivitas ChT hilang secara ireversibel pada permukaan pengikatan AuNCs. Aktivitas yang hilang ini dapat dipulihkan ketika ChT menutup AuNC yang diperlakukan dengan GSH atau GSH teroksidasi. Di dalam sel, aktivitas enzim dapat dihidupkan kembali oleh GSH seperti yang ditunjukkan dalam karya ini. Karena sel kanker ditandai dengan peningkatan kadar glutathione, akan ada perbedaan dalam penyerapan kelompok emas berlapis enzim antara sel kanker dan sel normal.
Teknik baru pembedahan yang dipandu fluoresensi telah memasuki proses pembedahan untuk membantu operator membuat keputusan apakah jaringan perlu direseksi atau diawetkan selama pembedahan [103]. Pencapaian ini dapat membentuk perubahan paradigma dalam operasi kanker untuk peningkatan luar biasa dari hasil pasien. Kemajuan penelitian terbaru di bidang ini telah berfokus pada penggunaan AuNC fluoresen yang terkonjugasi dengan asam diatrizoat dan aptamer AS1411 spesifik target sebagai probe yang dipandu fluoresensi untuk memberikan panduan yang tepat selama reseksi jaringan tumor. Eksperimen in vivo telah menunjukkan bahwa lokasi tumor pada tikus yang mengandung tumor CL1-5 telah diamati dari gambar CT yang jelas menggunakan konjugat AuNC sebagai agen kontras pencitraan molekuler. Lebih penting lagi, fluoresensi oranye-merah yang terlihat jelas dari konjugat AuNC telah digunakan untuk membantu reseksi tumor CL1-5 dengan panduan fluoresensi intraoperatif. Peningkatan fluoresensi yang kuat dari tumor yang direseksi didasarkan pada data sistem pencitraan in vivo untuk membuktikan penargetan molekuler yang berhasil menggunakan konjugat AuNC fluoresen. Karya ini telah menunjukkan keuntungan besar menggunakan konjugat AuNC fluoresen spesifik target in vivo yang mampu memberikan waktu pencitraan fluoresen jangka panjang, fotostabilitas tinggi, fungsi pencitraan ganda, dan modifikasi permukaan yang layak dengan molekul bertarget spesifik dibandingkan dengan kebanyakan organik. agen kontras yang saat ini digunakan. Selain itu, karya ini telah membawa konsep lanjutan di bidang pencitraan biomedis dan terapi menggunakan AuNC yang difungsikan.
Kesimpulan
Secara keseluruhan, kami telah memberikan tinjauan singkat tentang kemajuan terbaru dalam AuNC fluoresen yang disiapkan dengan molekul kecil, polimer, dan biomakromolekul untuk aplikasi dalam bioimaging, deteksi, dan terapi (Tabel 1). Karya-karya ini telah menunjukkan bahwa AuNC fluoresen dapat menjadi probe fluoresen yang menjanjikan karena sifatnya yang unik seperti biokompatibilitas yang sangat baik, stabilitas foto yang tinggi, dan modifikasi permukaan yang mudah. Meskipun AuNCs telah ditunjukkan dalam berbagai aplikasi biomedis, namun, hasil kuantum fluoresensi (QYs) mereka masih rendah (biasanya kurang dari 20%). Tantangan pertama untuk memperluas aplikasi AuNCs difokuskan pada persiapan AuNCs dengan QY fluoresensi tinggi. With low fluorescence QY, the synthesis of AuNCs with uniform size will be an alternative way to improve their fluorescence QY. Furthermore, with the uniform size, fluorescent AuNCs with a narrow emission spectrum will increase their benefit in biomedical applications. The second challenge for AuNCs is the control of ligand on their surface because the chemical and physical properties of AuNCs can be significantly affected by their surface modification. Therefore, the theoretical and practical studies of AuNCs are still needed to have a better understanding of their structure, optical characteristic, and physicochemical property. Especially, for physicochemical property, recent studies have proven that AuNCs are potential fluorescent probes for biosensing, bioimaging, and cancer therapy. Accordingly, to realize the biomedical applications, we still have a lot of works to push the biomedical applications of AuNCs in imaging, detection, and therapy. Overall, with the great efforts, we believe that AuNCs will be served as a significant fluorescent probe in biomedical application in the near future.
